巷道掘进穿越空洞的方法与流程

本发明属于巷道掘进防护领域，具体涉及一种巷道掘进穿越空洞的方法。

背景技术：

随着中国经济快速发展，国内对其交通、矿产资源等需求与日俱增，地铁、公路隧道、煤炭和金属矿井的巷道掘进因地质条件的限制越发困难，尤其是煤炭井下掘进遇到采空区对矿井生产造成的负面影响。

我国是一个富煤贫油的国家，煤炭是我国的主体能源，一次性能源中煤仍然占70%左右，预计至2050年，仍将占50%，但总量是目前的2倍。煤炭工业，是关系国家经济命脉的重要基础产业。煤炭资源作为我国的主要能源，在国民经济建设中具有重要的战略意义。

作为不可再生能源，煤炭的储量是有限的，如何合理开采，减少资源浪费是不容忽视的问题。然而在我国很多矿区存在着小煤矿开采，并且严重破坏了许多煤质优良的矿区，浪费了大量的煤炭资源。受区域经济、技术条件的制约，小煤矿开采技术落后，管理不善，致使矿区井下形成了大量采空区，严重约束了煤炭开采。同时，一经小煤矿破坏后的煤层，大矿很难回收，给国家煤炭资源以及生态环境带来严重的破坏。

由于采空区顶板暴露，巷道掘进过程中，采空区受到采动影响，巷道掘进后采空区围岩难以控制，采空区难以支护，同时，采空区内残留了大量的有毒有害气体、积水严重，且采空区内积水，极大增加了巷道掘进及支护的难度，严重影响了煤炭生产。

所以如果采用先充填后掘进方式，则必须补充小窑采空区探测、详测方案，而且必须等充填材料稳定之后才能掘巷，根据时间预计很可能影响工作面接续，对矿井生产不利。因此采用先掘进后充填的方法，可提高煤炭回采率及施工效率。为此发明了巷道掘进穿越空洞的方法，能够很好解决此类问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种巷道掘进穿越空洞的方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种用于巷道掘进穿越空洞的保护结构，其中空洞包括溶洞、硐室和采空区等，沿着巷道掘进方向在所述的空洞内设有棚架层，所述的棚架层由若干棚架和连接件组成，棚架之间通过连接件进行固定，棚架外侧由内到外依次设有木板和充填袋，所述的木板按条状横向布置在棚架上，所述的充填袋上设有用于填充材料的充填孔。

进一步地，所述的棚架采用矿用11#工字钢制成u型状。

进一步地，所述的连接件是直径为50mm的钢管，钢管与棚架通过u型抱卡固定。

进一步地，所述的木板与充填袋之间还设有金属网，金属网网格尺寸为50mm×50mm。

进一步地，所述的木板在棚架层交错排列。

进一步地，所述的充填袋内填充的材料为瑞米材料以便于形成承载层，充填袋的一侧正面设有排气孔。

进一步地，所述的充填袋的长度等于棚架为总长±100mm，充填袋宽度方向的两侧面设有供充填袋相互连接的扣环。

进一步地，在棚架顶部所述的充填袋之间设有用于朝充填袋外侧填充发泡水泥的充填管，充填袋外侧填充的发泡水泥形成外围缓冲层，充填管采用金属丝绑定在棚架上。

进一步地，在棚架两侧的所述的充填袋之间也设有充填管。

一种巷道掘进穿越空洞的方法，在巷道施工掘进遇到空洞时，需及时封闭巷道，防止空洞的顶板岩石冒落，采用通风机进行通风，并清理巷道内遗留物，铺平巷道底板，并用到权利要求1到权利要求9所述的用于巷道掘进穿越空洞的保护结构有效对空洞内巷道形成缓冲层、承载层和支护层三层保护，具体包括以下步骤：

a.在掘进巷道靠近空洞边缘处提前架设若干组棚架作为一组施工单元，棚架之间的间距为800mm，棚架之间用钢管连接；

b.架棚至空洞时，在棚架的上方自上而下依次铺设充填袋、金属网和木板，木板的规格采用长×宽×高为2000mm×100mm×50mm；

c.铺设完成后，紧接着上一组棚架后面的木板下方架设多组棚架作为临时支护，这多组棚架之间的间距为400mm，棚架之间用钢管连接；

d.铺设下一阶段的充填袋、金属网、木板与上述步骤c设置的多组棚架共同构成支护层，同时充填袋之间用自身上的扣环相互连接使充填袋间紧密连接在一起，同时在充填袋之间插入充填管；

e.充填袋连接完成后，利用注浆泵通过充填孔向充填袋内注入瑞米材料，排气孔将空气排出；

f.待充填袋充填完成稳固后撤离支护区域的部分棚架，使支护区域棚架间的间距变为800mm以作为下一组施工单元；

g.重复b～f步骤直至第三个充填袋充填完毕，通过充填管对充填袋外围充填发泡水泥；

h.重复b～g步骤逐步掘进支护空洞直至跨越空洞。

本发明的有益效果是：该方法有效对空洞内巷道形成外层发泡水泥缓冲层、瑞米材料承载层和棚架组合结构支护层三层保护保证施工安全；本发明可有效封闭空洞，防止空洞漏风以及有毒有害气体危害工人健康；充填袋里面充填的材料是具有极高性价比的高分子防火材料，有效消除火灾隐患；木板和金属网可有效防止顶板冒落，增加了施工安全系数；这些优势大大提高了巷道掘进效率。

附图说明

图1为本发明主视图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明左视图；

图中，1、棚架，2、木板，3、金属网，4、连接件，5、充填袋，6、扣环，7、充填孔，8、排气孔，9、充填管。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图3所示，一种用于巷道掘进穿越空洞的保护结构，其中空洞包括溶洞、硐室和采空区等，沿着巷道掘进方向在所述的空洞内设有棚架层，所述的棚架层由若干棚架1和连接件4组成，棚架1之间通过连接件4进行固定，棚架1外侧由内到外依次设有木板2和充填袋5，所述的木板2按条状横向布置在棚架1上，所述的充填袋5上设有用于填充材料的充填孔7。

本发明采用的棚架1是采用矿用11#工字钢制成u字型，11#工字钢有着较高的强度能够满足本发明所需的支护要求。

更进一步地，所述的连接件4采用直径为50mm的钢管，钢管与棚架1通过u型抱卡固定，保证了各个棚架1间以及钢管与棚架1的连接稳定性。

为了加强抵抗坠落物的强度，本发明在所述的木板2与充填袋5之间还设有金属网3，所采用的金属网3网格尺寸大小为50mm×50mm，能够有效地防止较大石块等坠落物对施工人员造成伤害。

所述的木板2在棚架层交错排列，所述的交错布置木板2即在第一组棚架1上布置了条状木板2后紧接着在这根木板2上侧面或下侧面从第二组棚架1上布置一根木板2使这些木板2之间形成交错。

本发明所使用的充填袋5内填充的材料为瑞米材料以便于形成承载层，瑞米材料含水量较大，同时具有一定的微泡结构，所以在承受荷载时具有一定的让压变形性能，能够有效地抵抗空洞顶部的可能坠落物；同时瑞米材料是一种性价比高的高分子防火材料，有效消除了空洞内火灾隐患。

为了使充填袋5在填充瑞米材料时将填充袋5内的气体排出，在所述的充填袋5的一侧正面设有出气孔8，充填袋5设有出气孔8的一侧朝着空洞顶部的位置放置。

为了棚架层在垂直巷道掘进方向上得到有效地覆盖，所述的充填袋5的长度等于棚架1的u型总长±100mm，同时根据不同的空洞的大小不同，空洞内部需要的棚架1数量不同，为了实现多组棚架1的全覆盖，充填袋5宽度方向的两侧面设有供充填袋5相互连接的扣环6。

为了防止尖锐的物体对充填袋5造成伤害，在棚架1顶部所述的充填袋5之间设有用于朝充填袋5外侧填充发泡水泥的充填管9，充填管9可以使用连接棚架1所使用的钢管代替，充填袋5外侧填充的发泡水泥形成外围缓冲层，充填管9采用金属丝绑定在棚架1上，在充填袋5的外侧铺设一层发泡水泥降低外围物体对充填袋5的冲击。

为了提高铺设发泡水泥的速率以及较好的覆盖充填袋5，在棚架1两侧的所述的充填袋5之间也设有充填管9。

一种巷道掘进穿越空洞的方法，在巷道施工掘进遇到空洞时，需及时封闭巷道，防止空洞的顶板岩石冒落，采用通风机进行通风，并清理巷道内遗留物，铺平巷道底板，并用到权利要求1到权利要求9所述的用于巷道掘进穿越空洞的保护结构有效对空洞内巷道形成缓冲层、承载层和支护层三层保护，具体包括以下步骤：

a.在掘进巷道靠近空洞边缘处提前架设若干组棚架1作为一组施工单元，棚架1之间的间距为800mm，棚架1之间用钢管连接，钢管与棚架1之间通过u型抱卡固定；

b.架棚至空洞时，在棚架1的上方自上而下依次铺设充填袋5、金属网3和木板2，木板2的规格采用长×宽×高为2000mm×100mm×50mm；

c.铺设完成后，紧接着上一组施工单元远离巷道的最后一个棚架1后面的木板2下方架设多组棚架1作为临时支护，这多组棚架1之间的间距为400mm，棚架1与钢管间的连接关系同步骤a；

d.在临时支护区域的棚架1上铺设充填袋5、金属网3、木板2与上述步骤c设置的多组棚架1共同构成支护层，同时充填袋5之间用自身上的扣环6相互连接使充填袋5间紧密连接在一起，同时在充填袋5之间插入充填管9；

e.充填袋5连接完成后，利用注浆泵通过充填孔7向充填袋5内注入瑞米材料，充填袋5填充顺序是从巷道到空洞依次进行，充填袋5实行“挂二充一”即每挂两个充填一个，排气孔8将充填袋5内多余的空气排出；

f.待充填袋5充填完成且袋内的瑞米材料稳固后撤离临时支护区域的部分棚架1，使临时支护区域棚架1间的间距变为800mm以作为下一组施工单元；

g.重复b～f步骤直至第三个充填袋5充填完毕，待充填袋5内的瑞米材料稳定后通过充填袋5间预埋充填管9对充填袋5外围充填，所述的充填材料发泡水泥应满足巷道抗压强度要求，具有一定的膨胀性提高对空洞的最大充填程度；由于发泡水泥的凝固时间与速凝剂的量有关，通过不同配比试验选取符合现场施工要求的配比参数，使发泡水泥在充填体外快速凝固成型，降低外围物体对充填袋的冲击；

h.重复b～g步骤逐步掘进支护空洞直至跨越空洞。